CN104164199A - 一种淀粉基生物质功能胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种淀粉基生物质功能胶粘剂及其制备方法，特别应用于造纸领域。所述生物质功能胶粘剂包括如下组成成分：生物质主原料：30-45％，塑化剂：5.5-22.5％，润滑剂：0.55-3.5％，交联剂：0.55-5.5％，改性剂：0.01-5.5％，辅助成膜剂：0.55-5.5％，防腐剂：0.1-0.55％，pH调节剂：0.01-5.5％，余量为水。其制备方法包括：将生物质主原料、改性剂与水加入反应釜，升温至60-100℃反应；消化处理；加入润滑剂、塑化剂、交联剂，在60-90℃反应，再加入防腐剂；加入pH调节剂和辅助成膜剂混合，出料、过滤得生物质功能胶粘剂。本发明成本低，胶粘剂性能优良。

Description

一种淀粉基生物质功能胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种淀粉基生物质功能胶粘剂及其制备方法，特别应用于造纸领域。

背景技术

随着中国经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，对纸张品质的要求也日益提高。所以现在的文化和包装用纸普遍进行表面涂布处理。纸张的涂布过程中需要胶粘剂、颜料和一些功能添加剂。其中颜料的比例最大，其次是胶粘剂；胶粘剂在涂料成本中所占的比例比较高。现在涂料胶粘剂的种类主要有：石化合成乳液、涂布淀粉；合成乳液的价格较高，一切原料不可再生；涂布淀粉存在粘度高，流变性差的问题，所以也限制了涂布淀粉的用量。

现在市场上的普通涂布淀粉用于涂布的效果普遍不够理想，难以大量使用。因此，目前造纸行业迫切需要解决的问题是：在保持纸张品质条件下，如何提高淀粉基可再生低成本胶粘剂的用量，使其具有巨大的经济和社会效益。目前已经有人研究提高可再生低成本的胶粘剂，重点集中在淀粉基功能胶粘剂。

现在对淀粉进行改性的方法主要分为：物理法，化学法，生物法等。

其中物理法是指借助于热、机械力、物理场等手段对淀粉进行改性，主要是通过这些手段对淀粉的链段进行剪切，重构；并在此物理过程中产生少量且关键的化学变化，从而优化淀粉的使用性能。改性的过程中没有化学试剂残留。

化学法：天然淀粉经过适当化学处理，引入某些化学基团使分子结构及理化性质发生变化，生成淀粉衍生物。淀粉是一种多糖类物质。未改性的淀粉结构通常有两种：直链淀粉和支链淀粉，是聚合的多糖类物质。通常因为水溶性差，故往往是采用改性淀粉，即水溶性淀粉。可溶性淀粉是经不同方法处理得到的一类改性淀粉衍生物，不溶于冷水、乙醇和乙醚，溶于或分散于沸水中，形成胶体溶液或乳状液体。淀粉化学改性的手段主要有：氧化，酯化，接枝，交联等。

生物法：主要是指借助于生物酶的作用，对淀粉链段进行重构。提高了淀粉乳液的固含量，降低了淀粉的粘度；后期再借助于化学作用，可以得到高固含、低粘度、高强度的产品。

目前，世界上对生物质功能胶粘剂的研究主要集中在淀粉基、纤维素基、蛋白基、多糖等方面。大部分的研究还是停留在基础研究方面，可以稳定大量替代合成胶乳的生物质功能胶粘剂还不成熟。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了生产成本低，可以克服合成单体不可再生的一种淀粉基生物质功能胶粘剂。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种淀粉基生物质功能胶粘剂，所述淀粉基生物质功能胶粘剂包括如下组成成分：生物质主原料：30-45％，塑化剂：5.5-22.5％，润滑剂：0.55-3.5％，交联剂：0.55-5.5％，改性剂：0.01-5.5％，辅助成膜剂：0.55-5.5％，防腐剂：0.1-0.55％，pH调节剂：0.01-5.5％，余量为水。

本发明淀粉基生物质功能胶粘剂采用可再生，天然无污染，生产成本极低的生物质作主原料，并合理配伍适量的塑化剂、改性剂、交联剂等，使制得的生物质功能胶粘剂粘度适当，流变性优良，粘结强度高，并大大降低生产成本。

其中，所述生物质主原料为原淀粉或/和其组合物，原淀粉和改性淀粉的组合物，改性淀粉或/和其组合物，大豆蛋白、改性大豆蛋白中的一种或两种。

所述原淀粉包括木薯淀粉，玉米淀粉，马铃薯淀粉，蜡质玉米淀粉，小麦淀粉，糯米淀粉；所述改性淀粉包括酯化淀粉，氧化淀粉，双醛淀粉，羟丙基淀粉，羧甲基淀粉，阳离子淀粉。

所述的塑化剂为乙二醇，邻苯二甲酸酯类，丙三醇，尿素，聚乙烯醚，聚丙烯醚，甘油醚，柠檬酸酯类，聚乙烯醇，乙酸乙酯，柠檬酸中的一种或多种。

所述的润滑剂为硬脂酸钙，硬脂酸镁，硬脂酸锌，硬脂酸钠中的一种或多种。

所述的交联剂为甲醛，乙二醛，戊二醛，己二酸，葵二酸，缩水甘油酯类，衣康酸，环氧氯丙烷，脲醛树脂，密胺树脂，改性氨基树脂中的一种或多种。

所述的改性剂为阿尔法淀粉酶，贝塔淀粉酶，蛋白酶，盐酸，硫酸，硝酸，丙烯酸，甲基丙烯酸，富马酸，马来酸酐，冰醋酸，次氯酸钠，双氧水中的一种或多种。

其中所述阿尔法淀粉酶包括低温酶，中温酶，高温酶，宽温酶。

所述的辅助成膜剂为AKD(烷基烯酮二具体)，ASA(烯基琥珀酸)，甘油三酯，大豆卵磷脂，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

所述的防腐剂为BIT，苯甲酸钠，硝酸盐，亚硝酸盐，CMIT中的一种或多种。

所述的pH调节剂为烧碱，氨水，盐酸，硫酸中的一种或多种。

本发明的另一个目的在于提供一种上述淀粉基生物质功能胶粘剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、按上述淀粉基生物质功能胶粘剂所述的组成成分及其质量百分比称取原料，将称取好的生物质主原料、改性剂与水加入反应釜，通过蒸汽，升温至60-100℃，反应30-60min；

S2、将上述反应后的物料泵送至三级蒸汽喷射器中进行消化，蒸汽温度为100-170℃；

S3、将步骤S2处理后的物料送至混合釜，搅拌下加入称取好的润滑剂、塑化剂、交联剂，在60-90℃反应30-60min，反应完全后加入防腐剂；

S4、在上述物料中加入pH调节剂将pH调至6-7，然后加入辅助成膜剂混合均匀，将混合后的物料降温至40-50℃时出料，最后过滤除去杂质得最终产物淀粉基生物质功能胶粘剂。

本发明的方法解决了木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉等生物质的再利用，且，该方法生产效率高，制得的生物质功能胶粘剂性能稳定，在降低生物质功能胶粘剂制备成本的同时，提高木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉等生物质的经济价值。且制得的生物质功能胶粘剂可以在造纸涂料中代替50％的合成乳液，与传统的涂布淀粉相比具有成本低，制得的涂料流变性好，运行性能优异，产品为液体，工厂使用方便等优势。

与现有技术相比，本发明采用可再生的，成本极低的生物质原料，通过合理配伍其他成分，并通过特定的简单易操作的制备方法制得本发明淀粉基生物质功能胶粘剂，使其粘度适当，流变性优良，粘结强度高，并大大降低生产成本，且具备了防虫蛀、绿色环保无甲醛等性能。本发明淀粉基生物质功能胶粘剂的固含量达50％，25℃条件下的布氏粘度为100-400cps，生物质胶粘剂水含量为30-46％。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

表1：实施例1-5中所述淀粉基生物质功能胶粘剂的组成成分

实施例1

按表1实施例1中所述淀粉基生物质功能胶粘剂的组成成分及其质量百分比称取原料，将称取好的生物质主原料、改性剂与水加入反应釜，通过蒸汽，升温至80℃，反应40min；

将上述反应后的物料泵送至三级蒸汽喷射器中进行笑话，蒸汽温度为140℃；

将上述处理后的物料送至混合釜，搅拌下加入称取好的润滑剂、塑化剂、交联剂，在70℃反应50min，反应完全后加入防腐剂；

在上述处理后的物料中加入pH调节剂将pH调至6-7，然后加入辅助成膜剂混合均匀，将混合后的物料降温至40-50℃时出料，最后过滤除去杂质得最终产物淀粉基生物质功能胶粘剂。

实施例2

按表1实施例2中所述淀粉基生物质功能胶粘剂的组成成分及其质量百分比称取原料，将称取好的生物质主原料、改性剂与水加入反应釜，通过蒸汽，升温至90℃，反应50min；

将上述反应后的物料泵送至三级蒸汽喷射器中进行笑话，蒸汽温度为130℃；

将上述处理后的物料送至混合釜，搅拌下加入称取好的润滑剂、塑化剂、交联剂，在80℃反应40min，反应完全后加入防腐剂；

在上述处理后的物料中加入pH调节剂将pH调至6-7，然后加入辅助成膜剂混合均匀，将混合后的物料降温至45℃时出料，最后过滤除去杂质得最终产物生物淀粉基质功能胶粘剂。

实施例3

按表1实施例3中所述淀粉基生物质功能胶粘剂的组成成分及其质量百分比称取原料，将称取好的生物质主原料、改性剂与水加入反应釜，通过蒸汽，升温至70℃，反应40min；

将上述反应后的物料泵送至三级蒸汽喷射器中进行笑话，蒸汽温度为120℃；

将上述处理后的物料送至混合釜，搅拌下加入称取好的润滑剂、塑化剂、交联剂，在70℃反应40min，反应完全后加入防腐剂；

在上述处理后的物料中加入pH调节剂将pH调至6-7，然后加入辅助成膜剂混合均匀，将混合后的物料降温至40℃时出料，最后过滤除去杂质得最终产物淀粉基生物质功能胶粘剂。

实施例4

按表1实施例4中所述淀粉基生物质功能胶粘剂的组成成分及其质量百分比称取原料，将称取好的生物质主原料、改性剂与水加入反应釜，通过蒸汽，升温至60℃，反应60min；

将上述反应后的物料泵送至三级蒸汽喷射器中进行笑话，蒸汽温度为170℃；

将上述处理后的物料送至混合釜，搅拌下加入称取好的润滑剂、塑化剂、交联剂，在90℃反应30min，反应完全后加入防腐剂；

在上述处理后的物料中加入pH调节剂将pH调至6-7，然后加入辅助成膜剂混合均匀，将混合后的物料降温至40℃时出料，最后过滤除去杂质得最终产物淀粉基生物质功能胶粘剂。

实施例5

按表1实施例5中所述淀粉基生物质功能胶粘剂的组成成分及其质量百分比称取原料，将称取好的生物质主原料、改性剂与水加入反应釜，通过蒸汽，升温至100℃，反应30min；

将上述反应后的物料泵送至三级蒸汽喷射器中进行笑话，蒸汽温度为100℃；

将上述处理后的物料送至混合釜，搅拌下加入称取好的润滑剂、塑化剂、交联剂，在60℃反应60min，反应完全后加入防腐剂；

在上述处理后的物料中加入pH调节剂将pH调至6-7，然后加入辅助成膜剂混合均匀，将混合后的物料降温至50℃时出料，最后过滤除去杂质得最终产物淀粉基生物质功能胶粘剂。

应用实施例6

将实施例1中制得的淀粉基生物质功能胶粘剂代替100％的丁苯乳液配制成涂料。

应用实施例7

将实施例2中制得的淀粉基生物质功能胶粘剂代替100％的丁苯乳液配制成涂料。

应用实施例8

将实施例3中制得的淀粉基生物质功能胶粘剂代替50％的丁苯乳液配制成涂料。

应用实施例9

将实施例4中制得的淀粉基生物质功能胶粘剂代替50％的丁苯乳液配制成涂料。

对比例

用丁苯乳液配制成的涂料。

将应用实施例6-9中的涂料与对比例中的涂料进行成分比较，比较结果如表2所示。

表2：应用实施例6-9与对比例中涂料的成分比较

将应用实施例6-9和对比例中涂料分别用实验室自动涂布机进行涂布，条件为：原纸：70GSM复印纸，涂布量：16GSM，涂布速度：100m/min，干燥温度：130℃，干燥时间：5s，压光温度：60℃，压光压力：0.1MPa。测试结果如表3所示。

表3：应用实施例6-9和对比例中涂料涂布的结果

综上所述，本发明本发明采用可再生的，成本极低的生物质原料，通过合理配伍其他成分，并通过特定的简单易操作的制备方法制得淀粉基生物质功能胶粘剂，该淀粉基生物质功能胶粘剂能全部代替或者部分代替合成丁苯乳液配制成涂料进行涂布，在保持涂料物性和纸张物性基本不变甚至有所提高的基础上，大大降低生产成本，降低了造纸行业对石化产品的依赖，拥有非常大的经济和社会效益。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种淀粉基生物质功能胶粘剂，所述的胶粘剂由如下质量百分比的成分组成：生物质主原料：30-45％，塑化剂：5.5-22.5％，润滑剂：0.55-3.5％，交联剂：0.55-5.5％，改性剂：0.01-5.5％，辅助成膜剂：0.55-5.5％，防腐剂：0.1-0.55％，pH调节剂：0.01-5.5％，余量为水。

2.根据权利要求1中所述的淀粉基生物质功能胶粘剂，其特征在于，所述生物质主原料为原淀粉或/和其组合物，原淀粉和改性淀粉的组合物，改性淀粉或/和其组合物，大豆蛋白或/和改性大豆蛋白。

3.根据权利要求2中所述的淀粉基生物质功能胶粘剂，其特征在于，所述原淀粉为木薯淀粉，玉米淀粉，马铃薯淀粉，蜡质玉米淀粉，小麦淀粉，糯米淀粉中的一种。

4.根据权利要求2中所述的淀粉基生物质功能胶粘剂，其特征在于，所述改性淀粉为酯化淀粉，氧化淀粉，双醛淀粉，羟丙基淀粉，羧甲基淀粉，阳离子淀粉中的一种。

5.根据权利要求1中所述的淀粉基生物质功能胶粘剂，其特征在于，所述的塑化剂为乙二醇，邻苯二甲酸酯类，丙三醇，尿素，聚乙烯醚，聚丙烯醚，甘油醚，柠檬酸酯类，聚乙烯醇，乙酸乙酯，柠檬酸中的一种或多种。

6.根据权利要求1中所述的淀粉基生物质功能胶粘剂，其特征在于，所述的交联剂为甲醛，乙二醛，戊二醛，己二酸，葵二酸，缩水甘油酯类，衣康酸，环氧氯丙烷，脲醛树脂，密胺树脂，改性氨基树脂中的一种或多种。

7.根据权利要求1中所述的淀粉基生物质功能胶粘剂，其特征在于，所述的改性剂为阿尔法淀粉酶，贝塔淀粉酶，蛋白酶，盐酸，硫酸，硝酸，丙烯酸，甲基丙烯酸，富马酸，马来酸酐，冰醋酸，次氯酸钠，双氧水中的一种或多种。

8.根据权利要求1中所述的淀粉基生物质功能胶粘剂，其特征在于，所述的辅助成膜剂为AKD(烷基烯酮二具体)，ASA(烯基琥珀酸)，甘油三酯，大豆卵磷脂，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

9.根据权利要求1中所述的淀粉基生物质功能胶粘剂，其特征在于，所述的防腐剂为BIT，苯甲酸钠，硝酸盐，亚硝酸盐，CMIT中的一种或多种。

10.一种如权利要求1-9中任一权利要求所述淀粉基生物质功能胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

S1、按权利要求1中所述淀粉基生物质功能胶粘剂质量百分比的成分称取原料，将称取好的生物质主原料、改性剂与水加入反应釜，通过蒸汽，升温至60-100℃，反应30-60min；

S2、将上述反应后的物料泵送至三级蒸汽喷射器中进行消化，蒸汽温度为100-170℃；

S3、将步骤S2处理后的物料送至混合釜，搅拌下加入称取好的润滑剂、塑化剂、交联剂，在60-90℃反应30-60min，反应完全后加入防腐剂；

S4、在上述物料中加入pH调节剂将pH调至6-7，然后加入辅助成膜剂混合均匀，将混合后的物料降温至40-50℃时出料，最后过滤除去杂质得最终产物淀粉基生物质功能胶粘剂。